חיכוך הוא חלק מחיי היומיום. בעוד שבעיות פיזיקליות אידיאליות אתה מתעלם לעתים קרובות מדברים כמו התנגדות אוויר וכוח החיכוך, אם אתה רוצה במדויק לחשב את תנועת האובייקטים על פני משטח, עליכם להסביר את האינטראקציות בנקודת המגע בין האובייקט ל משטח.
זה בדרך כלל אומר עבודה עם חיכוך הזזה, חיכוך סטטי או חיכוך מתגלגל, בהתאם למצב הספציפי. למרות שאובייקט מתגלגל כמו כדור או גלגל חווה בבירור פחות כוח חיכוך מאובייקט שאתה צריך החלק, עדיין תצטרך ללמוד לחשב עמידות גלגול כדי לתאר את התנועה של חפצים כמו צמיגי רכב אַספַלט.
הגדרת חיכוך מתגלגל
חיכוך מתגלגל הוא סוג של חיכוך קינטי, המכונה גםהתנגדות גלגול, המתייחס לתנועה מתגלגלת (בניגוד לתנועת החלקה - סוג אחר של חיכוך קינטי) ומתנגד לתנועה המתגלגלת באופן זהה למעשה לצורות אחרות של כוח חיכוך.
באופן כללי, גלגול אינו כרוך בהתנגדות רבה כמו החלקה, ולכןמקדם חיכוך מתגלגלעל משטח הוא בדרך כלל קטן יותר ממקדם החיכוך עבור הזזה או מצבים סטטיים על אותו משטח.
תהליך הגלגול (או הגלגול הטהור, כלומר ללא החלקה) שונה לחלוטין מההחלקה, כי גלגול כולל חיכוך נוסף כאשר כל נקודה חדשה על האובייקט באה במגע עם ה- משטח. כתוצאה מכך, בכל רגע נתון יש נקודת מגע חדשה והמצב דומה באופן מיידי לחיכוך סטטי.
ישנם גורמים רבים אחרים מעבר לחספוס פני השטח המשפיעים גם על החיכוך המתגלגל; למשל, כמות האובייקט והמשטח לתנועה המתגלגלת כשהם במגע משפיעים על חוזק הכוח. לדוגמה, צמיגי מכוניות או משאיות חווים עמידות גלגול רבה יותר כאשר הם מנופחים ללחץ נמוך יותר. כמו גם הכוחות הישירים שדוחפים על צמיג, חלק מאובדן האנרגיה נובע מחוםהפסדי היסטריה.
משוואה לחיכוך מתגלגל
המשוואה לחיכוך מתגלגל זהה בעצם למשוואות לחיכוך הזזה וסטטי חיכוך, למעט מקדם החיכוך המתגלגל במקום המקדם הדומה לסוגים אחרים של חיכוך.
באמצעותFk, r לכוח החיכוך המתגלגל (כלומר קינטי, מתגלגל),Fנ עבור הכוח הרגיל וμk, r עבור מקדם החיכוך המתגלגל, המשוואה היא:
F_ {k, r} = μ_ {k, r} F_n
מכיוון שחיכוך מתגלגל הוא כוח, היחידה שלFk, r הוא ניוטון. כאשר אתה פותר בעיות הקשורות לגוף מתגלגל, תצטרך לחפש את מקדם החיכוך הספציפי לחומרים הספציפיים שלך. ארגז הכלים ההנדסי הוא בדרך כלל פנטסטי מַשׁאָב לסוג דברים זה (ראה משאבים).
כמו תמיד, הכוח הרגיל (Fנ) בעל אותו גודל המשקל (כלומר,מ"ג, איפהMהוא המסה וז= 9.81 מ 'לשנייה2) של האובייקט על משטח אופקי (בהנחה שאף כוחות אחרים אינם פועלים בכיוון זה), והוא מאונך לפני השטח בנקודת המגע.אם המשטח נוטהבזוויתθ, גודל הכוח הרגיל ניתן על ידימ"גcos (θ).
חישובים עם חיכוך קינטי
חישוב חיכוך מתגלגל הוא תהליך די פשוט ברוב המקרים. דמיין מכונית עם מסה שלM= 1,500 ק"ג, נסיעה על אספלט ועםμk, r = 0.02. מהי התנגדות הגלגול במקרה זה?
באמצעות הנוסחה, לצדFנ = מ"ג(על משטח אופקי):
\ התחל {מיושר} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \\ & = 0.02 × 1500 \; \ text {kg} × 9.81 \; \ טקסט {m / s} ^ 2 \\ & = 294 \; \ טקסט {N} \ סוף {מיושר}
ניתן לראות כי הכוח עקב חיכוך מתגלגל נראה משמעותי במקרה זה, אולם בהתחשב במסת המכונית, ובאמצעות החוק השני של ניוטון, זה מסתכם רק בהאטה של 0.196 מ / ש2. אני
אם אותה מכונית נסעה בכביש עם שיפוע כלפי מעלה של 10 מעלות, תצטרך להשתמשFנ = מ"גcos (θ) והתוצאה תשתנה:
\ התחל {מיושר} F_ {k, r} & = μ_ {k, r} F_n \\ & = μ_ {k, r} mg \ cos (\ theta) \\ & = 0.02 × 1500 \; \ text {kg } × 9.81 \; \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (10 °) \\ & = 289.5 \; \ text {N} \ end {align}
מכיוון שהכוח הרגיל מצטמצם עקב השיפוע, כוח החיכוך מצטמצם באותו גורם.
אתה יכול גם לחשב את מקדם החיכוך המתגלגל אם אתה יודע את כוח החיכוך המתגלגל ואת גודל הכוח הרגיל, באמצעות הנוסחה הבאה המסודרת מחדש:
μ_ {k, r} = \ frac {F_ {k, r}} {F_n}
מדמיין צמיג אופניים מתגלגל על משטח בטון אופקי עםFנ = 762 N ו-Fk, r = 1.52 N, מקדם החיכוך המתגלגל הוא:
\ התחל {מיושר} μ_ {k, r} & = \ frac {F_ {k, r}} {F_n} \\ & = \ frac {1.52 \; \ text {N}} {762 \; \ text {N }} \\ & = 0.002 \ end {מיושר}